1、障礙收費(fèi)站的設(shè)計(jì)和操作分析的交通微模擬模型抽象本文的目的是為收費(fèi)站的設(shè)計(jì)，評(píng)估和操作分析開發(fā)微觀交通模擬模型。使用VB.NET的模擬軟件被創(chuàng)建以模擬交通到達(dá)，收費(fèi)時(shí)間和駕駛員決策的隨機(jī)性質(zhì)。開發(fā)的模擬模型用于分析交通量，收費(fèi)站容量，驅(qū)動(dòng)程序類型和收費(fèi)站的配置的不同情況。結(jié)果表明，每條收費(fèi)車道的數(shù)量和付款方式顯著影響收費(fèi)站的平均延遲和最大隊(duì)列長(zhǎng)度。對(duì)收費(fèi)站的數(shù)量提出建議，以便處理高峰交通時(shí)間，沒有過長(zhǎng)的延遲時(shí)間或長(zhǎng)隊(duì)列。關(guān)鍵詞 交通仿真; 建模; 收費(fèi)站; 司機(jī)決定1.介紹高速公路收費(fèi)站是一種獨(dú)特的交通系統(tǒng)，需要特殊分析。收費(fèi)是作為一種工具，為世界各地的新道路基礎(chǔ)設(shè)施提供資金。在收費(fèi)站基于在英國(guó)

2、，歐洲和美國(guó)的主要運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有收費(fèi)設(shè)施的經(jīng)營(yíng)中獲得的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素的布局原則中可以找到1和2。1998年，頒布了一項(xiàng)新法律，使埃及交通部（MOT）能夠通過直接道路收費(fèi)提高收入。因此，一些現(xiàn)有的道路被轉(zhuǎn)換為收費(fèi)公路3。收費(fèi)率開羅亞歷山大沙漠公路的研究中提出4。手動(dòng)收費(fèi)的本地基本機(jī)制自成立以來(lái)基本上保持不變。手動(dòng)收費(fèi)的特點(diǎn)是由收費(fèi)站組成的收費(fèi)站，收費(fèi)站由管理員負(fù)責(zé)收取公路收費(fèi)。停在收費(fèi)站，然而，阻礙交通的暢通，從而可以減少所提供的服務(wù)水平5。正確設(shè)計(jì)收費(fèi)站的重要性不能夸大。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，這些設(shè)施可能會(huì)成為主要瓶頸。收費(fèi)站可以作為系統(tǒng)瓶頸，降低這些公路資源的生產(chǎn)率，以及增加能量消耗和燃料排放。因此，收費(fèi)

3、站的高效運(yùn)行是一個(gè)高優(yōu)先目標(biāo)6。公路通行能力手冊(cè)（HCM）目前不包括任何指導(dǎo)分析一個(gè)收費(fèi)站，并有評(píng)價(jià)一個(gè)收費(fèi)站的性能沒有標(biāo)準(zhǔn)的分析方法7。因此，交通仿真模型被用來(lái)增強(qiáng)這種類型的交通設(shè)施經(jīng)營(yíng)分析和管理8和9。顯影收費(fèi)站的模型時(shí)所面臨的流量建模的一個(gè)挑戰(zhàn)已經(jīng)不同的軟件包，其缺少內(nèi)置收費(fèi)站的功能或模塊的約束10。微觀交通仿真模型已經(jīng)越來(lái)越突出與現(xiàn)今計(jì)算機(jī)的增加的計(jì)算能力和他們的能力建模的交通流量和需求的復(fù)雜動(dòng)態(tài)。比傳統(tǒng)的流量分析技術(shù)微仿真的好處被分為三個(gè)主要方面：透明度，準(zhǔn)確性及靈活性11和12。最近的一項(xiàng)研究中使用微觀仿真在伊斯坦布爾收費(fèi)站模型13。結(jié)果表明，使用微觀模擬對(duì)收費(fèi)站建?？梢詾樗懈鞣?/p>

4、和道路使用者帶來(lái)效率效益。因此，本文的目的是開發(fā)收費(fèi)站的設(shè)計(jì)，評(píng)估和交通運(yùn)營(yíng)分析的微觀交通模擬模型。2.模型描述使用Visual Basic.NET（VB.NET）編程語(yǔ)言來(lái)構(gòu)建所提出的仿真模型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和用VB.NET相關(guān)聯(lián)的算法的討論中可以找到14。輸入包括每小時(shí)交通量，支付類型，驅(qū)動(dòng)程序類型，收費(fèi)站數(shù)量和模擬運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間。模型輸出是整個(gè)系統(tǒng)以及每個(gè)收費(fèi)站的延遲統(tǒng)計(jì)（平均延遲時(shí)間，隊(duì)列中的等待時(shí)間），隊(duì)列統(tǒng)計(jì)（平均，四分位數(shù)，最大隊(duì)列長(zhǎng)度）以及利用率。每輛車我 由一個(gè)6元組表示的（I，T，K，D，）在這里我是車輛唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，噸為到達(dá)時(shí)間，在公路車道，其中車輛從，來(lái)是驅(qū)動(dòng)程序類型，是支付方

5、式，是取決于支付通行費(fèi)的方法的處理時(shí)間。注意一個(gè)元組是元素的有序列表。車輛的輸出數(shù)據(jù)我是一個(gè)四元組（我，ntoll，開始，結(jié)束），其中我是車輛唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，ntoll是選擇收費(fèi)車道，啟動(dòng)是啟動(dòng)服務(wù)的時(shí)間，完成的是發(fā)車時(shí)間。從這些詳細(xì)輸出，可以計(jì)算有關(guān)延遲，隊(duì)列和資源工作負(fù)載的統(tǒng)計(jì)信息。提出的模型包括三個(gè)主要模塊：流量生成，收費(fèi)線選擇和收費(fèi)處理。2.1。流量生成模塊已經(jīng)開發(fā)了大量的車道分布以表示車輛到達(dá)的不同模式。應(yīng)用最廣泛的假設(shè)輕到中等流量是車輛到達(dá)隨機(jī)和發(fā)車間隔遵循指數(shù)分布15。當(dāng)超車有限數(shù)量是可能的，例如皮爾遜III型或Erlang分布其他分布，可以使用16。為了使用諸如巷道的隨機(jī)輸入來(lái)執(zhí)行

6、模擬，必須指定概率分布。在擬議的模擬模型中，生成車輛到達(dá)的隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)序列。例如，車間時(shí)間通常由具有平均值的指數(shù)隨機(jī)變量表示?？梢允褂靡韵履孀儞Q算法來(lái)生成車輛前進(jìn)時(shí)間。方程式（1）打開MathJax上方程（2）打開MathJax上其中，uU（0,1）是均勻的隨機(jī)變量的具有一定范圍的分布函數(shù)0，1，是一個(gè)產(chǎn)生的時(shí)間瞬間在秒，以秒為單位的平均進(jìn)展，并牛逼我是車輛的到達(dá)時(shí)間我。的讀者可參考17關(guān)于仿真模型的詳細(xì)討論，產(chǎn)生隨機(jī)變量，方差減少技術(shù)，以及共用隨機(jī)數(shù)。假設(shè)接近車輛在基本高速公路車道之間均勻分布。2.2。收費(fèi)站選擇模塊駕駛員決策影響收費(fèi)站的操作。用于選擇在收費(fèi)站的收費(fèi)車道一些駕駛習(xí)慣報(bào)道在18。

7、當(dāng)司機(jī)接近收費(fèi)設(shè)施時(shí)，他們自然地尋找最佳車道選擇。大多數(shù)司機(jī)在收費(fèi)站的同一側(cè)進(jìn)入收費(fèi)車道，從那里他們來(lái)到收費(fèi)站。一旦司機(jī)選擇了收費(fèi)站的一半，他們選擇在那邊最短的隊(duì)列的車道。觀察到一些其他駕駛員以最短的隊(duì)列進(jìn)入車道，而不管他們來(lái)自收費(fèi)站的收費(fèi)站的側(cè)面。最后，一小部分司機(jī)似乎隨機(jī)選擇了收費(fèi)車道。所提出的模擬模型包括合并四種不同類型的駕駛員行為的車道選擇算法，如下：驅(qū)動(dòng)程序類型1：選擇標(biāo)準(zhǔn)是基于隨機(jī)選擇，驅(qū)動(dòng)程序類型2：選擇標(biāo)準(zhǔn)是在收費(fèi)站半邊的最短隊(duì)列，驅(qū)動(dòng)程序類型3：選擇標(biāo)準(zhǔn)是最大效用得分（收費(fèi)車道可取，TLD），以及驅(qū)動(dòng)程序類型4：選擇標(biāo)準(zhǔn)是整個(gè)站中最短的隊(duì)列。在平局的情況下選擇最低隊(duì)列索引（收

8、費(fèi)亭號(hào)）。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序類型具有一定的概率，其中四種類型的概率“的總和等于統(tǒng)一（P1+ P2+ P3+ P4= 1）。搜索空間，定義所有可能解的集合的可行區(qū)域是所有驅(qū)動(dòng)器的除了驅(qū)動(dòng)器類型2之外的所有收費(fèi)通道，其中搜索空間被限制在收費(fèi)站的半邊。除了第一驅(qū)動(dòng)器類型之外，收費(fèi)站選擇是基于合理的驅(qū)動(dòng)器的目的，以使受到諸如第三驅(qū)動(dòng)器類型的車道改變的約束的行進(jìn)時(shí)間最小化。對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序類型3，該模型分配車輛使用的是“實(shí)用的分?jǐn)?shù)，攤位TLD”在當(dāng)前時(shí)間，以確定每輛車最具吸引力的展位。該TLD效用得分利用相對(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度，所需數(shù)量的車道的改變，及驅(qū)動(dòng)器靈敏度因子。下面的等式計(jì)算的TLD每個(gè)相對(duì)于收費(fèi)車道收費(fèi)車道的車輛

9、當(dāng)前在19。方程式（3）打開MathJax上其中，TLD是收費(fèi)車道的收費(fèi)車道可取 ，Q是車輛的當(dāng)前車道和收費(fèi)車道之間的隊(duì)列長(zhǎng)度差，LC是車輛到達(dá)收費(fèi)車道需要變更車道數(shù)，而SF是變道的敏感性因素。靈敏度因子指示駕駛員進(jìn)行車道變換以節(jié)省一個(gè)隊(duì)列空間的意愿。該值的輸入范圍是0-1，其中0意味著駕駛員非常愿意進(jìn)行車道改變，并且1意味著駕駛員不太可能進(jìn)行車道改變。2.3。收費(fèi)處理模塊處理時(shí)間（）的收費(fèi)是另一個(gè)可變性的來(lái)源。人類活動(dòng)引起處理時(shí)間的顯著變化。處理時(shí)間取決于支付高速公路收費(fèi)的方法。在埃及的收費(fèi)設(shè)施的付款方法是基于傳統(tǒng)的現(xiàn)金，收費(fèi)服務(wù)員以貨幣形式收取實(shí)物費(fèi)用。與其他形式的收費(fèi)系統(tǒng)（例如自動(dòng)硬幣機(jī)

10、和電子收費(fèi)系統(tǒng)）相比，該方法被認(rèn)為是費(fèi)時(shí)的收費(fèi)形式。當(dāng)進(jìn)入高速公路時(shí)，車輛必須停止在收集亭付款，并且司機(jī)收到付款收據(jù)。在高速公路的末端附近和在現(xiàn)有的主收費(fèi)站處，司機(jī)在收費(fèi)站減速以向收費(fèi)乘務(wù)員呈現(xiàn)支付收據(jù)，并且駕駛員可以在不完全停止的情況下進(jìn)行。該模型包括兩種類型的支付，即現(xiàn)金和付款收據(jù)。處理時(shí)間由三角形隨機(jī)變量表示，并且使用以下逆變換算法來(lái)產(chǎn)生處理時(shí)間。三角分布用于除了其范圍（下限和上限）之外還估計(jì)隨機(jī)變量的最可能值的情況。方程式（4）打開MathJax上方程式（5）打開MathJax上其中，uU（0,1）是具有范圍為0,1的均勻的隨機(jī)變量的分布函數(shù)，對(duì)于付款方式的指數(shù)指標(biāo)，其中= 1現(xiàn)金和=

11、 2對(duì)于付款收據(jù)持有人，一個(gè)為最小加工時(shí)間（發(fā)生在收費(fèi)站的最大容量），b是最大的處理時(shí)間（相當(dāng)于一個(gè)收費(fèi)站的最小容量），和cA，B是模式處理時(shí)間。對(duì)于每種支付類型，有相應(yīng)的值，一個(gè)，B，和。3.模型驗(yàn)證和驗(yàn)證模型驗(yàn)證是檢驗(yàn)該模型的概念方面，以確保它的過程工作在邏輯20。驗(yàn)證包括跟蹤車輛，以確保移動(dòng)遵循模型中建立的邏輯順序。模型驗(yàn)證被認(rèn)為是確定在相關(guān)理論（如排隊(duì)理論）中模型的基本基本規(guī)則在多大程度上的過程。排隊(duì)理論封閉式方程被限制為指數(shù)到達(dá)間和服務(wù)時(shí)間速率以及系統(tǒng)復(fù)雜度的高度限制，這不是所提出的仿真模型的情況。提出的模擬模型可以處理到達(dá)間和服務(wù)時(shí)間的分布，司機(jī)決策的邏輯，收費(fèi)站的部分關(guān)閉以及收費(fèi)

12、站中的服務(wù)時(shí)間的異質(zhì)性的任何組合。為了驗(yàn)證所提出的仿真模型，使用2-s指數(shù)分布的到達(dá)間時(shí)間（即，到達(dá)速率= 1800車輛每小時(shí)）和12-s指數(shù)分布式服務(wù)時(shí)間即，處理速率= 300小時(shí)/小時(shí)）。一個(gè)中號(hào)/中號(hào)/隊(duì)列系統(tǒng)由到達(dá)率，加工率和在系統(tǒng)中的服務(wù)器的號(hào)碼說明。一個(gè)中號(hào)/中號(hào)/系統(tǒng)指數(shù)分布，到達(dá)間隔時(shí)間，一個(gè)指數(shù)分布的服務(wù)時(shí)間和服務(wù)器21。在中號(hào)表示馬爾可夫行為，這意味著指數(shù)分布?？紤]了不同的收費(fèi)站，以便在容量比方面在不同程度的擁塞程度驗(yàn)證模型。進(jìn)行三十（30）個(gè)模擬運(yùn)行，并且為每個(gè)配置計(jì)算真實(shí)平均延遲時(shí)間的95置信區(qū)間，并且顯示在95置信水平下，在模擬模型和排隊(duì)理論之間不存在顯著差異指數(shù)分布

13、，單一類型的支付以及基于最短隊(duì)列標(biāo)準(zhǔn)的車道選擇。為了使用所提出的模型來(lái)模擬收費(fèi)站，需要基本的輸入數(shù)據(jù)。主要交通數(shù)據(jù)包括設(shè)計(jì)小時(shí)交通量和收費(fèi)站數(shù)量。其他輸入數(shù)據(jù)是平均和分布處理時(shí)間，交通到達(dá)的分布，高速公路車道的數(shù)量，不同駕駛員類型的百分比，支付類型的份額，模擬運(yùn)行的長(zhǎng)度，運(yùn)行的次數(shù)和預(yù)熱期。需要注意的是建模收費(fèi)站時(shí)，最重要的方面是定義流程的時(shí)間曲線22，其中包括支付類股（如50/50與100/0，現(xiàn)金/收據(jù)），每次付款的處理時(shí)間類型（例如，現(xiàn)金對(duì)收據(jù)）和個(gè)人收費(fèi)站。用于處理時(shí)間三角參數(shù)是（一個(gè)1= 250; b1= 350;1= 300）和（A2= 500; b2= 700;2= 600）分別

14、用于傳統(tǒng)現(xiàn)金和付款收據(jù)持有人。像每個(gè)微模擬程序一樣，所提出的模型具有一組用戶可調(diào)的參數(shù)，使得分析人員能夠校準(zhǔn)所提出的模型以匹配局部觀察的條件。使用本地?cái)?shù)據(jù)校準(zhǔn)該信息將提高所提出的模擬模型的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括輸入因子和輸出性能指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)中，因素是認(rèn)為對(duì)系統(tǒng)的輸出性能有影響的不同變量。這些變量是可控的，因?yàn)獒t(yī)師可以改變模擬模型中的水平。主要輸入因素包括小時(shí)交通量，收費(fèi)亭的容量，車道選擇行為的駕駛員類型和收費(fèi)站的數(shù)量。主要輸出性能指標(biāo)為平均延遲時(shí)間和最大隊(duì)列長(zhǎng)度。表1總結(jié)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和輸入?yún)?shù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括三個(gè)級(jí)別的交通量，五個(gè)級(jí)別的現(xiàn)金支付司機(jī)的百分比，五個(gè)級(jí)別的司機(jī)習(xí)慣的決

15、策，和十個(gè)級(jí)別的收費(fèi)站。為每個(gè)收費(fèi)站配置（），有75設(shè)計(jì)點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，進(jìn)行30個(gè)模擬運(yùn)行并計(jì)算系統(tǒng)性能指標(biāo)。模擬運(yùn)行代表65分鐘的交通流量，包括5分鐘的預(yù)熱期。在預(yù)熱期間，不收集結(jié)果以便減少模型結(jié)果中的偏差估計(jì)。表格1。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中考慮的因素和水平。因子層數(shù)輸入?yún)?shù)因素1：每小時(shí)交通量32000，4000，6000 veh / h因素2：付款方式5現(xiàn)金= 100，.，0與= -25因素3：驅(qū)動(dòng)程序類型5100驅(qū)動(dòng)程序類型1100驅(qū)動(dòng)程序類型2100驅(qū)動(dòng)程序類型3100驅(qū)動(dòng)程序類型4混合：101型，302型，303型和304型因素4：收費(fèi)站數(shù)量10N = 6，.，24與N= 2表選項(xiàng)表2總

16、結(jié)了在平均延遲和最大隊(duì)列而言仿真模型的結(jié)果。這些結(jié)果可用于確定車輛在基本案例（100現(xiàn)金驅(qū)動(dòng)因素）下各種百分比的現(xiàn)金驅(qū)動(dòng)因素所節(jié)省的成本，并估算開設(shè)額外收費(fèi)車道的運(yùn)營(yíng)收益。在所考慮的情景中，打開額外收費(fèi)公路的運(yùn)營(yíng)收益各不相同。表2。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的總結(jié)（每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的平均30次運(yùn)行）。突出顯示的單元格的利用率因子 1。表選項(xiàng)5.結(jié)果和分析在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的執(zhí)行階段已經(jīng)完成之后，注意力針對(duì)仿真結(jié)果的分析階段。分析階段的功能是提供必要的信息，以提供關(guān)于系統(tǒng)的輸出性能的決策建議。圖。1一種基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型結(jié)果平均延遲和最大隊(duì)列的等高線圖。當(dāng)收費(fèi)站設(shè)計(jì)時(shí)，選擇正確數(shù)量的收費(fèi)站是一個(gè)關(guān)鍵問題。圖。1和表2可以被用來(lái)

17、確定在為了處理高峰通信量小時(shí)，沒有長(zhǎng)時(shí)間延遲時(shí)間收費(fèi)亭的數(shù)目。隨著收費(fèi)站的數(shù)量增加或處理時(shí)間減少，平均延遲時(shí)間減少。圖1。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型結(jié)果的輪廓圖。圖選項(xiàng)收費(fèi)站應(yīng)該具有足夠的能力來(lái)有效地處理預(yù)期的業(yè)務(wù)，而沒有過多的隊(duì)列和延遲。然而，與具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尋址能力的道路和交叉路口不同，對(duì)于收費(fèi)站沒有這樣的標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)收費(fèi)機(jī)構(gòu)通常都有自己的足夠能力的目標(biāo)。例如，該目標(biāo)可以具有收費(fèi)站符合整個(gè)20年的設(shè)計(jì)地平線兩個(gè)目標(biāo)23。第一個(gè)目標(biāo)是將高峰時(shí)段的平均延誤保持約半分鐘或更短。第二個(gè)目標(biāo)是保持高峰時(shí)段的最大排隊(duì)到20輛車或更少。圖。2建議收費(fèi)站的數(shù)量禮物來(lái)處理交通高峰時(shí)間沒有過多的延遲時(shí)間或長(zhǎng)的隊(duì)列。在交通量

18、為每小時(shí)2000輛車和50現(xiàn)金或更多的情況下，收費(fèi)站的數(shù)量應(yīng)該在6-10左右，而交通量為每小時(shí)4000輛車，收費(fèi)站的數(shù)量應(yīng)該在14-18左右。圖2。設(shè)計(jì)收費(fèi)站的收費(fèi)亭的建議數(shù)目。圖選項(xiàng)圖。3顯示了平均延誤和不同級(jí)別的現(xiàn)金司機(jī)百分比最大隊(duì)列模型的結(jié)果。平均延遲和最大隊(duì)列長(zhǎng)度在考慮的五個(gè)級(jí)別的現(xiàn)金驅(qū)動(dòng)器之間變化。案件支付百分比低于100的情景的輸出績(jī)效指標(biāo)優(yōu)于基本案例（100現(xiàn)金）。模型結(jié)果可用于估計(jì)由于支付方法的變化而引起的收費(fèi)站延遲的變化。平均延遲從交通量等于300車輛/小時(shí)/車道從100現(xiàn)金驅(qū)動(dòng)器的大約83s下降到大約7s在0現(xiàn)金驅(qū)動(dòng)器。圖3。平均延遲和最大隊(duì)列的模型結(jié)果。圖選項(xiàng)圖。4通過驅(qū)動(dòng)程序類型提出了延遲和排隊(duì)模型結(jié)果仿真利用率運(yùn)行小于1.0。延誤的不同驅(qū)動(dòng)程序類型之間的差異用弗里德曼的測(cè)試進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)24。該測(cè)試可用于確定是否處理（在這種情況下，驅(qū)動(dòng)程序類型）已經(jīng)從具有等于位數(shù)種群選擇。的假設(shè)如下：H：所有治療效果是零與H1：不是所有的治療效果是零。因?yàn)樗?jì)算的p-值= 0.000 0.05，無(wú)效假設(shè)是在拒絕= 0.05的水平。這表明，駕駛員決策是收費(fèi)站的設(shè)計(jì)和配置的中心因素。圖4。驅(qū)動(dòng)類型對(duì)平均延遲和最大隊(duì)列的影